Իոններ և էլեկտրոններ. Ինչ են իոնները - մեծ բժշկական հանրագիտարան: Քիմիական և ֆիզիկական հատկություններ
ԻՈՆՆԵՐ (հունարենից իոն-գնացող, թափառող), ատոմներ կամ քիմ. էլեկտրական լիցքեր կրող ռադիկալներ.-Իստորիա. Ինչպես Ֆարադեյն առաջին անգամ հաստատեց, լուծույթներում էլեկտրական հոսանքի փոխանցումը կապված է էլեկտրական լիցքեր կրող նյութական մասնիկների շարժման հետ։ Էլեկտրական հոսանք հաղորդող նյութը՝ էլեկտրոլիտը, քայքայվում է դրական և բացասական լիցքավորված ռադիկալների, որոնք ձգվում են էլեկտրաստատիկ ուժերի ազդեցությամբ՝ առաջինը դեպի կաթոդ, երկրորդը՝ անոդ։ Ֆարադեյն անվանել է այդպիսի ատոմներ կամ ատոմային խմբեր (ռադիկալներ), որոնք շարժվում են լուծույթում և կրում են էլեկտրական լիցքեր իոններ. դրական լիցքավորված իոնները (շարժվում են դեպի կաթոդ) կատիոններ են, բացասականները՝ անիոններ։ Ի տարբերություն մետաղական հաղորդիչների, որոնցում էլեկտրաէներգիայի բաշխումը կապված չէ նյութի տեղափոխման և տարրալուծման հետ, էլեկտրոլիտային լուծույթները կոչվում են «երկրորդ տեսակի հաղորդիչներ»: Ֆարադեյը կարծում էր, որ միայն երբ արտաքին էլեկտրական ուժերի ազդեցությամբ լուծույթով գալվանական հոսանք է անցնում, էլեկտրոլիտի որոշ մոլեկուլներ բաժանվում են իոնների։ Էլեկտրոլիտային տարանջատման տեսության հիմնադիր Արրենիուսը (Sv. Arrhenius), հսկայական փորձարարական նյութի հիման վրա, ցույց է տվել, որ էլեկտրոլիտի մոլեկուլների որոշակի մասը մշտապես տարանջատվում է իոնների՝ անկախ նրանից, թե լուծույթը ներկայումս էլեկտրական հոսանք է անցկացնում: ընթացիկ. Սա հիմք դրեց լուծույթում ազատ իոնների գոյության հայեցակարգին՝ որպես նյութի կայուն վիճակ։ Էլեկտրոլիտի տարանջատման աստիճանը, որը ցույց է տալիս, թե նրա մոլեկուլների որ մասը տրոհվում է I.-ի, Արենիուսի ուսմունքի հիմնական արժեքն է, որը բնութագրում է էլեկտրոլիտի մասնակցությունը լուծույթներում տեղի ունեցող մի շարք գործընթացներում: Էլեկտրոլիտային դիսոցիացիայի և էլեկտրոլիտների ակտիվության ժամանակակից տեսությունը հետագայում զարգացավ Բջերումի, Դեբյի և Գյուկկելի (Բջերրում, Դեբայ, Հտիկել) և այլ էլեկտրաստատիկ փոխազդեցությունների ուսումնասիրություններում։ Այս էլեկտրաստատիկ միջիոնային ուժերի ազդեցությունը հնարավորություն տվեց բացատրել էլեկտրոլիտային լուծույթների բազմաթիվ առանձնահատկություններ, որոնք չէին տեղավորվում դասական Արենիուսի տեսության շրջանակներում։ Իոնային տեսության ստեղծողները կոնկրետ պատկերացում չունեին ճառագայթման կառուցվածքի և դրանում նյութի և լիցքի միացման եղանակի մասին: Նույն կերպ Ի–ի գլխավոր հատկությունը՝ նրա զարմանահրաշ քիմ. իներտություն՝ համեմատած համապատասխան չեզոք ատոմի հետ։ Այսպիսով, նատրիումի ատոմները դաժանորեն արձագանքում են ջրի հետ՝ քայքայելով այն ջրածնի արտազատմամբ. յոդը կոնկրետ ռեակցիա է տալիս օսլայի հետ և այլն։ ե. Բայց NaJ-ի լուծույթը, որը բաղկացած է ազատ I. նատրիումից և յոդից, չի բացահայտում այս ռեակցիաներից որևէ մեկը, մինչև իր իոնների լիցքը չվերանա (ինչպես էլեկտրոլիզի դեպքում): Իոնների այս ամենակարեւոր հատկությունները կարելի էր հասկանալ միայն ժամանակակից կառուցվածքային տեսության լույսի ներքո: ատոմ(սմ.). Իոնային կառուցվածք. Համաձայն Ռադերֆորդի և Բորի տեսության (Rutherford, Bohr) նյութը կառուցված է դրական և բացասական էլեկտրական լիցքերից։ Տարրական դրական լիցքը պրոտոնն է, որն ունի ջրածնի ատոմի զանգված, իսկ ազատ բացասական լիցքը՝ էլեկտրոնը, ունի 1800 անգամ պակաս զանգված։ Ատոմը կառուցված է չափազանց փոքր կենտրոնական դրական միջուկից, որի շուրջ, ինչպես արեգակի շուրջը շարժվող մոլորակները, էլեկտրոնները պտտվում են ուղեծրերի բարդ համակարգով։ Ատոմային միջուկը բաղկացած է պրոտոններից կամ ավելի փոքր թվով էլեկտրոններով պրոտոններից։ Միջուկում դրական լիցքերի թիվը (կամ դրական լիցքերի ավելցուկը ներմիջուկային էլեկտրոնների քանակից) հավասար է միջուկը շրջապատող թաղանթի էլեկտրոնների թվին։ I Այս թիվը հավասարաչափ աճում է մեկով, երբ մենք շարժվում ենք H-ից (ատոմի միջուկի լիցքավորումը 1) յուրաքանչյուր հաջորդ տարր՝ ըստ նրանց զբաղեցման հերթականության։ պարբերական համակարգ (սմ.). Ատոմային միջուկը շրջապատող էլեկտրոնային թաղանթը բաղկացած է մի շարք հաջորդական շերտերից, որոնցից յուրաքանչյուրը պարունակում է որոշակի քանակությամբ էլեկտրոններ։ Արտաքին շերտը կարող է պարունակել մինչև 8 էլեկտրոն (բացառություն է կազմում միջուկին անմիջականորեն հարող առաջին էլեկտրոնային շերտը. նրանում էլեկտրոնների ամենամեծ թիվը երկուսն է)։ Եթե արտաքին շերտում կա էլեկտրոնների ընդհանուր «թիվ, ապա ատոմը ձեռք է բերում ամբողջական կառուցվածք և անսովոր կայուն էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա և, համապատասխանաբար, ամբողջական քիմիական իներտություն: Սրանք ազնիվ գազերի ատոմներ են, որոնց քիմիական վալենտությունը զրո է: Անցումը պարբերական համակարգի հաջորդ տարրին (ալկալիական մետաղ) նշանակում է նոր էլեկտրոնի ավելացում, որը գտնվում է նոր արտաքին էլեկտրոնային շերտի վրա: Հետագա տարրերում ատոմի շարունակական կառուցումը ավարտվում է միայն հաջորդի էլեկտրոնների նոր կայուն համադրությամբ: ազնիվ գազ Ըստ Կոսելի (Կոս-սել) ազնիվ գազի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան (ութ էլեկտրոնից բաղկացած արտաքին շերտով) ներկայացնում է կայուն վիճակ, յուրաքանչյուր տարրի ատոմը ձգտում է անցում կատարել պարսում։ Այս անցումը կատարվում է։ կորցնելով կամ գրավելով բացակայող էլեկտրոնները: Ամենահեշտը հանդիպում է ալկալիական մետաղների և հալոգենիդների մոտ, որոնցից առաջինը բավական է կորցնել, իսկ երկրորդը ձեռք բերել մեկ էլեկտրոն, որպեսզի նմանվի մոտակա ազնվականին: գազի վրա Նմանապես, այլ տարրերում էլեկտրոնների թիվը, որոնք նրանք պետք է կորցնեն կամ ձեռք բերեն, որպեսզի բացահայտեն կամ ավարտեն արտաքին ութէլեկտրոնային շերտը, հավասար է նրանց հայտնաբերած դրական կամ բացասական վալենտների առավելագույն թվին: Այս դեպքում, սակայն, խախտվում է ատոմի էլեկտրական չեզոքությունը, նրա դրական և բացասական լիցքերի սկզբնական հավասարությունը։ Ատոմը փոխակերպվում է դրական կամ բացասական I.-ի, իսկ վերջինիս լիցքը նշանով և մեծությամբ համապատասխանում է համապատասխան ատոմի կամ ռադիկալի վալենտությանը։ Հակառակ լիցքավորված Ի.-ի էլեկտրաստատիկ ձգողականությունը դրանք միացնում է հետերոբևեռ մոլեկուլի։ Ջրի նման բարձր դիէլեկտրական հաստատուն ունեցող միջավայրերում էլեկտրաստատիկ ուժերի ազդեցությունը թուլանում է, և հետերոբևեռ մոլեկուլը կրկին քայքայվում է իր իոնների մեջ: Այսպիսով, յուրաքանչյուր I. ունի ոչ թե այն ատոմի, որից առաջացել է, այլ մոտակա ազնիվ գազի էլեկտրոնային կառուցվածքը։ Վերջինից այն տարբերվում է միայն իր լիցքով (և այն հեշտությամբ, որով կորցնելով այն՝ կրկին վերածվում է սկզբնական տարրի)։ Իոնի այս կառուցվածքը լիովին բացատրում է նրա ամենակարևոր հատկությունը, որը նշել է Արենիուսը՝ զարմանալի քիմիական իներտությունը, որն ազատ Ի-ի հատկանիշն է։ ի տարբերություն I-ի՝ այն ատոմից, որին այն վերածվում է, երբ կորցնում է իր լիցքը։ Մոտենալով կայուն, քիմիապես իներտ ազնիվ գազի կառուցվածքին՝ իոնները միմյանցից տարբերվում են միայն իրենց էլեկտրական լիցքի մեծությամբ և բաշխմամբ, այսինքն՝ զուտ ֆիզիկական հատկություններով։ Դրա պատճառով նրանք ներկայացնում են հիմնականում հետազոտության ֆիզիկական մեթոդների օբյեկտ, ֆիզիկական քիմիայի օբյեկտ: Խոնավացում և չափսեր I. Ամենակարևոր ֆիզիկական. I.-ի հատկությունները նրա չափերն են և էլեկտրականության մեծությունը։ գանձել։ Լիցքի խտությունը կախված է նաև այս մեծությունների հարաբերակցությունից, որքան մեծ է, այնքան փոքր է տվյալ լիցքը կրող մասնիկի չափը։ Այնուամենայնիվ, եթե ուզենայինք դրանց հարաբերական մեծության մասին պատկերացում կազմել I.-ի կառուցվածքից, նրանց էլեկտրոնային մոդելից, լուրջ սխալ կգործեինք։ Ջրում Li -, Na, K և այլն իոնները բաղկացած են ոչ միայն նշված նյութերից, այլև դրանց հետ սերտորեն կապված և միասին շարժվող ջրի մոլեկուլների զգալի քանակից։ Ջրի մոլեկուլը, ինչպես շատ այլ նյութերի մոլեկուլը, դիպոլ է, որի հակառակ ծայրերում կենտրոնացած են հակադիր լիցքեր (մի բևեռի վրա թթվածնի բացասական լիցք կա, մյուսում՝ ջրածնի դրական լիցքը)։ Նման դիպոլները ուղղված են լիցքավորված մասնիկի շուրջ՝ դեպի այն ձգվելով իրենց հակառակ բևեռով։ Արդյունքում, ջրային լուծույթում պարունակվող յուրաքանչյուր իոն հիդրացվում է՝ շրջապատված ջրի մոլեկուլներից կառուցված թաղանթով։ Որքան հեռու է կենտրոնից, այնքան այս կողմնորոշումը դառնում է ավելի քիչ ճշգրիտ՝ աստիճանաբար վերածվելով ջրի ազատ մոլեկուլների քաոսային բաշխման։ Դա. Ի–ի խոնավացումը պայմանավորված է նրանց էլեկտրական լիցքով (Բորն)։ Հիդրացիայի արդյունքում Ի–ի՝ որպես ինքնուրույն շարժվող մասնիկի չափերը կարող են զգալիորեն մեծանալ, իսկ հաճախ ավելի փոքր ատոմային չափումներ ունեցող իոնները, ինչպես օրինակ. Li, հասնում է նույնիսկ ավելի մեծ արժեքի, քան I.-ը, որը ձևավորվել է ավելի մեծ ատոմներից, ինչպիսին K-ն է: Սա ենթադրում է մեկ այլ, ոչ պակաս պարադոքսալ եզրակացություն, որը մեծ նշանակություն ունի բջիջների թափանցելիության որոշակի խնդիրների հասկանալու համար. երբ մոլեկուլը տրոհվում է իոնների, վերջինները (շրջակա ջրային երեսպատման հետ միասին) կարող են ավելի մեծ չափեր ունենալ, քան բուն մոլեկուլը, որն անջատում է դրանք: Շարժունակություն I. Չեզոք մոլեկուլների հետ մեկտեղ Ի–ին բնորոշ են որոշակի գործողություններ։ Սա օսմոտիկ ճնշումն է, որը կախված է միայն լուծված մասնիկների կինետիկ էներգիայից։ Մյուսները պայմանավորված են էլեկտրական լիցքով, որը տարբերություն է դնում I.-ի և չեզոք մոլեկուլի միջև։ Այս հատկությունները ներառում են էլեկտրական հաղորդունակությունը: Որոշվում է իոնային լիցքերի քանակի և I-ի շարժունակության արտադրյալով։ Յուրաքանչյուր I. շարժվում է էլեկտրական դաշտում իր վրա ազդող ուժին համամասնական և իր հանդիպած դիմադրությանը հակադարձ համեմատական արագությամբ։ Եթե պոտենցիալ տարբերությունը մեկ վոլտ է 1-ի համար կեր, ուրեմնշարժման արագությունը (մմ սմ/վրկ. 18°-ում) մի քանի իոնների համար կարտահայտվի հետևյալ թվերով. Կատիոն U (սմ/վ)Անիոն V (սմ/վրկ.) Na* K" Ag\ NH, 33.0. 10" 3.5.10" 4.6.10" 6.75. 10-* 5.7 .10- "6.7 .10" "OH" SG Br "G no; Mpo; 18.2 .yu-" 6.85.10-" 7.0 .1Q-" 6.95. )